煤礦井下通風逆向隔斷裝置的分析與應用

裴軍軍

（山西省晉城市沁水縣應急管理局，山西 晉城 048000）

引言

礦井通風是指將新鮮空氣輸入礦井下，增加氧氣濃度，以稀釋并排除礦井中有毒、有害氣體和粉塵。為了使井下風流沿指定路線流動分配，就必須在巷道內建筑引導控制風流的構筑物即通風設施，它分為引導風流和隔斷風流的設施。新建大型礦井通風系統以對角式、分區式為主，改擴建的生產礦井以混合式為主。南凹寺煤礦井下在用的風筒為普通油脂桶，普通油脂桶鐵皮薄、焊接點易透、不抗壓、易損壞、無隔斷裝置，無法被重復使用，不符合規定要求，必須進行優化改造，即在通風系統中安裝一種逆向隔斷裝置。

1 煤礦井下通風的逆向隔斷裝置的分析

1.1 結構分析

針對南凹寺煤礦煤礦井下通風系統無隔斷裝置的問題，設計了一種煤礦井下通風的逆向隔斷裝置，結構如圖1 所示，該煤礦井下通風的逆向隔斷裝置主要包括通風風筒、通風阻擋件、通風阻擋板、逆向固定桿等組成。從圖1 可知，裝置中通風風筒呈圓柱狀，通風風筒的兩端開口、并與井下風筒連接，通風風筒的中心軸與井下風筒的中心軸相重合，通風阻擋件位于通風風筒內，通風阻擋件由兩個呈半圓形的通風阻擋板組成[1-2]。

圖1 煤礦井下通風的逆向隔斷裝置結構示意圖

逆向固定桿位于通風風筒內，逆向固定桿的兩端與通風風筒的內壁固定連接，逆向固定桿沿著通風風筒的橫切面的直徑設置，兩個通風阻擋板的直線邊沿與逆向固定桿相互平行并相互鉸接、且兩個通風阻擋板相互配合形成一個面積小于通風風筒橫截面的圓形的通風阻擋件，通風阻擋件用于：在正向風流下，兩個通風阻擋板相互靠攏，保證正常通風，在反向風流下，兩個通風阻擋板相互配合形成一個圓板，阻擋反向風流通過通風風筒。

從圖2 可知，通風風筒內壁上固定連接有多個反向阻擋塊5，多個反向阻擋塊環繞通風風筒內壁一周均勻設置，多個反向阻擋塊沿著通風風筒內壁徑向設置，反向阻擋5 用于阻止兩個通風阻擋板的夾角＞180°[3-4]，各反向阻擋塊位于通風阻擋板的板面與通風風筒橫切面相互平行的平行面上。當兩個通風阻擋板受到反向風力后，就會相互配合形成一個圓形的通風阻擋件，相當于在通風風筒內形成一個面積略小于通風風筒的板面，以此來阻擋反向的風流通過通風風筒，如果反向的風速較大的話，很容易將兩個通風阻擋板吹翻，進而損壞通風阻擋板與逆向固定桿的鉸接連接關系，因此，在通風風筒上設置多個反向阻擋塊，可以對兩個通風阻擋板進行阻擋，避免兩個通風阻擋板受反向風的影響而兩者的夾角＞180°，即被吹翻[5]。

圖2 通風風筒橫截面的結構示意圖

通風阻擋板的兩個板面為正向板面和反向板面，如上頁圖2 所示，正向板面面向正向來風一側，反向板面面向反向來風一側，反向板面上固定連接有防貼合塊，防貼合塊用于防止兩個通風阻擋板受到正向來風后貼合在一起。當兩個通風阻擋板受到正向風力后，就會相互靠攏，減小對正向風力的影響，但是當正向風力較大時，容易使得兩個通風阻擋板相互貼合，如果兩個通風阻擋板貼合后，在受到反向風力時就無法展開阻擋反向風，因此在通風阻擋板的反向板面上固定連接防貼合塊，阻止兩個通風阻擋板相互貼合，始終保證一定的夾角，方便受到反向風力后展開以阻止方向分通過。

1.2 工作原理

該裝置通過設置通風阻擋件，使得正向風流可以自由通過，當發生反向風流時，通風阻擋件自然展開，保證反向風無法通過通風風筒，防止風流逆轉進入局部通風機或串聯風造成瓦斯爆炸事故。

2 工業性試驗

2.1 工程概況

山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司位于山西省晉城市沁水縣嘉峰鎮，設計生產能力為60 萬t/年。該煤礦開拓方式為斜井開拓；井筒數量為3 個；開采水平為+410 m；現采煤層為3 號；采煤工藝為綜采；瓦斯等級為高瓦斯；水文地質類型為中等；自燃傾向性為不易自燃。南凹寺煤礦井下應用的風筒為普通油脂桶，在實際生產過程中由于風門四周圍巖墻體來壓增大，因油脂桶鐵皮薄易導致風筒受壓變形，同時因風筒內沒有設置逆向隔斷裝置，無法阻止風流反向的發生。因此針對這一情況，必須對該風筒進行優化改造，確保井下通風系統的安全。

2.2 煤礦井下通風的逆向隔斷裝置的制作

將3～5 mm 鋼板制作成與井下通風系統的風筒等徑、長度為1 300 mm 的通風風筒，利用兩個半圓形的鐵板和多個合頁來制作兩個通風阻擋板，并將兩個通風阻擋板鉸接在逆向固定桿上，并將逆向固定桿焊接在通風風筒內。

在正向正常通風時，兩個通風阻擋板靠攏，風流正常通過；當受到沖擊，風流反向時，兩個通風阻擋板展開，防止風流逆轉進入局部通風機或串聯風造成瓦斯爆炸事故。

3 應用效果分析

南凹寺煤礦井下通風逆向隔斷裝置安裝在3308 工作面一回防突風門處，通風系統工作正常，當發生與瓦斯突出事故中后，大量高濃瓦斯由工作面涌出，并經迎頭風筒口倒灌入風筒，當高濃瓦斯通過風筒，流經礦用風筒逆向隔斷裝置時觸動礦用風筒逆向隔斷裝置使其動作，阻止高濃瓦斯涌入新鮮風流中，實踐應用效果理想。

該煤礦井下通風逆向隔斷裝置的成本較低。原制作一個鐵質風筒原材料為廢舊油桶，人工費300 元，僅為一次性使用，按照一個掘進工作面挪移3 次風機，構筑3 次防突風門，一組風門需要2 個，需制作6個，合計1 800 元；現制作一個逆向隔斷裝置，原材料成本大約1 000 元，人工費500 元，合計1 500 元，一組風門需要2 個，共計3 000 元，可重復使用。該裝置安全經濟效益顯著，具有較好的市場推廣價值。